DE19538074C1 - Air filter - Google Patents

Abstract

The air filter, for filtering ambient air, is a flat body with a number of air flow channels (4) filled with a granular filter medium (3). The filter granules (3) used are set to give a ratio of 1.1-4.0 between the channel width and the granule dia. The granule dia. is 0.8-2.0 mm., and pref. 1.6 mm. The granules (3) are of active carbon.

Description

Die Erfindung betrifft ein Filter zur Reinigung von Atemluft mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.The invention relates to a filter for cleaning breathing air with the Features of the preamble of claim 1.

Ein Filter der genannten Art ist aus der FR-A 716 112 bekanntgeworden. Das bekannte Filter besteht im wesentlichen aus einem scheibenförmigen Strukturkörper, welcher eine Vielzahl von nebeneinanderliegenden axialen Kanälen besitzt, die von der zu reinigenden Luft durchströmt werden und mit stabförmigen Aktivkohlepartikeln gefüllt sind. Die zu eliminierenden Schadgase werden von den Aktivkohlepartikeln adsorbiert.A filter of the type mentioned has become known from FR-A 716 112. The known filter consists essentially of a disc-shaped Structural body, which has a large number of axially adjacent Has channels through which the air to be cleaned flows and with rod-shaped activated carbon particles are filled. The ones to be eliminated Harmful gases are adsorbed by the activated carbon particles.

Nachteilig bei dem bekannten Filter ist, daß ein definiertes Lückenvolumen zwischen den Aktivkohlepartikeln und damit ein bestimmter Durchströmungswiderstand des Filters nur schwer einstellbar ist. Sind nämlich die Abmessungen der Aktivkohlepartikel klein gegenüber dem Kanaldurchmesser, liegen die Aktivkohlepartikel in dichter Schüttung wie bei einem Schüttbettfilter zusammen, und es stellt sich ein vergleichsweise großer Durchströmungswiderstand ein. Dieser Durchströmungswiderstand ist bei bestimmten Anwendungen störend, zum Beispiel bei der Filtrierung von Atemluft für Atemschutzmasken.A disadvantage of the known filter is that a defined gap volume between the activated carbon particles and thus a certain one Flow resistance of the filter is difficult to set. are namely the dimensions of the activated carbon particles small compared to that Channel diameter, the activated carbon particles lie in a dense bed as with a packed bed filter, and it turns out a comparatively large flow resistance. This flow resistance is annoying in certain applications, for example in filtration of breathing air for respirators.

Aus der DE-PS 33 24 222 ist bekannt, Regenerationspatronen für Atemluft in Form eines mehrzelligen Raumgitters auszuführen. Als Sauerstoff erzeugende und Kohlendioxyd bindende Chemikalie wird körniges KO₂ mit einem Partikeldurchmesser zwischen 2 und 7 mm verwendet, wobei die Zellengröße des Raumgitters etwa dem zwei- bis fünffachen Teil des Partikeldurchmessers beträgt. Bei der bekannten Regenerationspatrone sind verschiedene Absorptionsschichten vorgesehen, so daß für die vollständige Umsetzung des Kohlendioxyds ein relativ großes Filtervolumen zur Verfügung steht. Häufig ist aber ein derartiges Bauvolumen, insbesondere bei Atemfiltern, nicht vorhanden.DE-PS 33 24 222 discloses regeneration cartridges for breathing air in Execute the form of a multi-cell spatial grid. As oxygen producing and carbon dioxide binding chemical is granular KO₂ with a particle diameter between 2 and 7 mm, the Cell size of the space grid is about two to five times that of Particle diameter. In the known regeneration cartridge Different absorption layers are provided, so that for the complete Implementation of carbon dioxide a relatively large  Filter volume is available. Often this is the case Construction volume, especially with respiratory filters, not available.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Filter der genannten Art derart zu verbessern, daß bei flacher Bauweise ein möglichst geringer Durchströmungswiderstand bei großer Adsorptionsleistung erreicht wird.The invention has for its object a filter of the type mentioned to improve that with a flat design as low as possible Flow resistance is achieved with a large adsorption capacity.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.The problem is solved with the features of claim 1.

Der Vorteil der Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß durch das erfindungsgemäß angegebene Distanzieren der Adsorberpartikel eine etwa zwei- bis fünffache Verminderung des Durchströmungswiderstandes gegenüber dem eines vergleichbaren Schüttbettfilters erreicht wird. Als körniges Filtermedium können sowohl Partikel mit Regelgeometrie, wie zum Beispiel Kugeln, oder unregelmäßig gebrochene Partikel verwendet werden. Das Filtermedium ist vorzugsweise Aktivkohle, welche zur Adsorption bestimmter Schadgase mit einer Imprägnierung versehen sein kann.The advantage of the invention is essentially that Distance of the adsorber particles specified according to the invention is approximately one two to five-fold reduction in flow resistance compared to that of a comparable packed bed filter. As granular filter medium can both particles with regular geometry, such as Example spheres, or irregularly broken particles can be used. The filter medium is preferably activated carbon, which is used for adsorption certain harmful gases can be impregnated.

In zweckmäßiger Weise liegt der Partikeldurchmesser zwischen 0,8 und 2,0 mm. Bevorzugt wird ein Partikeldurchmesser von 1,6 mm.The particle diameter is expediently between 0.8 and 2.0 mm. A particle diameter of 1.6 mm is preferred.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous embodiments of the invention are in the subclaims specified.

Besonders gute Ergebnisse ergeben sich für ein Verhältnis von Kanalbreite w zu Partikeldurchmesser d, w/d, in einem Bereich zwischen 1,4 und 1,8. Gegenüber einem Schüttbettfilter ergeben sich noch sehr deutliche Vorteile im Durchströmungswiderstand bis zu einem Verhältnis w/d von ca. 2,4. Mit zunehmenden w/d werden die Vorteile geringer, sind aber noch bei einem Verhältnis von w/d=4 nachweisbar.Particularly good results are obtained for a ratio of channel width w to particle diameter d, w / d, in a range between 1.4 and 1.8. Compared to a packed bed filter, there are still very clear advantages in flow resistance up to a ratio w / d of approx. 2.4. With As w / d increases, the benefits become less, but are still with one Ratio of w / d = 4 detectable.

In zweckmäßiger Weise beträgt die Länge L der Kanäle etwa 6 bis 30 mm. Bevorzugt wird ein Wert von 10 mm.The length L of the channels is expediently approximately 6 to 30 mm. A value of 10 mm is preferred.

Es ist zweckmäßig, den Strukturkörper als eine Scheibe auszuführen, wobei der Durchmesser etwa zwischen 80 und 140 mm liegt. It is expedient to design the structural body as a disk, wherein the diameter is between 80 and 140 mm.  

In zweckmäßiger Weise sind die Kanäle an der Gaseintrittsseite mit einem Partikelfilter abgedeckt.The channels are expediently on the gas inlet side with a Particle filter covered.

Besonders günstig ist es, die Kanäle in Form von 6-Eck-Waben auszuführen.It is particularly favorable to have the channels in the form of hexagonal honeycombs to execute.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher erläutert:
Es zeigen:An embodiment of the invention is shown in the drawing and explained in more detail below:
Show it:

Fig. 1 Einen Längsschnitt durch ein Atemfilter, Fig. 1 shows a longitudinal section through a breathing filter,

Fig. 2 eine Aufsicht auf das Atemfilter nach der Fig. 1, FIG. 2 shows a top view of the breathing filter according to FIG. 1,

Fig. 3 eine Aufsicht auf einen der Kanäle nach der Fig. 2, Fig. 3 is a plan view of one of the channels of FIG. 2,

Fig. 4 die Abhängigkeit des relativen Lückenvolumens V_R vom Verhältnis Partikeldurchmesser d zu Kanalbreite w. Fig. 4 shows the dependence of the relative gap volume V _R on the ratio of particle diameter d to channel width w.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch ein Atemfilter 1, welches aus einem plattenförmigen Strukturkörper 2 mit einer Vielzahl von nebeneinanderliegenden, mit Aktivkohlekugeln 3 gefüllten Kanälen 4 der Länge L besteht. Der Strukturkörper 2 wird von einer Gaseintrittsseite 5 zu einer Gasaustrittsseite 6 mit Atemluft durchströmt, und ist dort jeweils mit einem Vlies 7, 8 abgedeckt, um die Aktivkohlekugeln 3 innerhalb der Kanäle 4 zu fixieren. Das Vlies an der Gaseintrittsseite 5 ist als ein Partikelfilter 8 ausgeführt. Der besseren Übersicht wegen sind die Aktivkohlekugeln 3 in der Fig. 1 nur in einem der Kanäle 4 dargestellt. Fig. 1 shows a longitudinal section through a breathing filter 1, which consists of a plate-shaped structural bodies 2 having a plurality of side by side, filled with active carbon balls 3 channels 4 of length L. The structure 2 is flowed through from a gas inlet side 5 to a gas outlet side 6 with breathing air, and is covered there with a fleece 7 , 8 in order to fix the activated carbon balls 3 within the channels 4 . The fleece on the gas inlet side 5 is designed as a particle filter 8 . For a better overview, the activated carbon balls 3 are only shown in one of the channels 4 in FIG. 1.

Fig. 2 zeigt eine Aufsicht auf das Atemfilter 1 in Blickrichtung A nach der Fig. 1. Innerhalb des plattenförmigen Strukturkörpers 2 sind die Kanäle 4 als nebeneinanderliegende 6-Eck-Waben mit dem Kanalvolumen V_K ausgeführt. Der besseren Übersicht wegen sind in der Fig. 2 nur einige der Kanäle 4 veranschaulicht. FIG. 2 shows a top view of the respiratory filter 1 in viewing direction A according to FIG. 1. Within the plate-shaped structural body 2 , the channels 4 are designed as hexagonal honeycombs with the channel volume V _K lying next to one another. For a better overview, only some of the channels 4 are illustrated in FIG. 2.

Fig. 3 zeigt eine Aufsicht auf einen der mit Aktivkohlekugeln 3 gefüllten Kanäle 4. Die Aktivkohlekugeln 3 haben einen Durchmesser d, und der Kanal 4 besitzt eine Kanalbreite w. Da sich die Kugeln 3 innerhalb der Kanäle 4 gegeneinander abstützen und das Kanalvolumen V_K nur teilweise ausfüllen, ist in jedem Kanal 4 ein sogenanntes Lückenvolumen V_L vorhanden, das von dem zu reinigenden Atemgas durchströmt wird. Das relative Lückenvolumen V_R ist hierbei das Verhältnis von Lückenvolumen V_L zu Kanalvolumen V_K, V_R=V_L/V_K. Besonders günstige Durchströmungswiderstände für das Atemfilter 1 ergeben sich für ein relatives Lückenvolumen V_R, das oberhalb von etwa 50% liegt, d. h. in einem Bereich für das Verhältnis w/d zwischen ca. 1,1 und 2,4. Fig. 3 shows a plan view of the filled with activated carbon balls 3 channels 4. The activated carbon balls 3 have a diameter d and the channel 4 has a channel width w. Since the balls 3 are supported against one another within the channels 4 and only partially fill the channel volume V _K , a so-called gap volume V _{L is} present in each channel 4 , through which the breathing gas to be cleaned flows. The relative gap volume V _R here is the ratio of the gap volume V _L to the channel volume V _K , V _R = V _L / V _K. Particularly favorable flow resistances for the respiratory filter 1 result for a relative gap volume V _R which is above approximately 50%, ie in a range for the ratio w / d between approximately 1.1 and 2.4.

Fig. 4 veranschaulicht die Abhängigkeit des relativen Lückenvolumens V_R vom Verhältnis Aktivkohle-Kugeldurchmesser d zu Kanalbreite w, d/w. In Kurve A sind berechnete Werte für einen als 6-Eck-Wabe ausgeführten Strukturkörper 2 angegeben. Kurve B ist die Ausgleichsgrade für die Werte der Kurve A. Kurve C veranschaulicht zum Vergleich das Lückenvolumen für ein Schüttbettfilter, d. h. ein Filter mit einer homogenen Kugelschüttung in dichtester Packung. Aus dem Verlauf der Kurve B ergibt sich, daß günstige Werte für das relative Lückenvolumen für ein d/w von 0,55 bis 0,7 erreicht werden, dieses entspricht einem Verhältnis w/d von 1,8 bis 1,4. Selbst bis zu einem Verhältnis für d/w zwischen 0,25 und 0,3 erstreckt sich der Bereich für den im praktischen Einsatz ein günstiges bzw. noch vorteilhaftes Lückenvolumen vorhanden. Die korrespondierenden Werte für das reziproke Verhältnis w/d liegen hier zwischen 3,3 und 4,0. FIG. 4 illustrates the dependency of the relative gap volume V _R on the ratio of the activated carbon ball diameter d to the channel width w, d / w. Curve A shows calculated values for a structural body 2 designed as a hexagonal honeycomb. Curve B is the degrees of compensation for the values of curve A. For comparison, curve C illustrates the gap volume for a packed bed filter, ie a filter with a homogeneous ball bed in the densest packing. The course of curve B shows that favorable values for the relative gap volume for ad / w of 0.55 to 0.7 are achieved, this corresponds to a ratio w / d of 1.8 to 1.4. Even up to a ratio for d / w between 0.25 and 0.3, the range for which a favorable or still advantageous gap volume is available in practical use. The corresponding values for the reciprocal ratio w / d are between 3.3 and 4.0.

Als zweckmäßig hat sich folgender Filteraufbau ergeben:
Der Strukturkörper besteht aus einem quadratischen Zuschnitt mit den äußeren Abmessungen 120 × 120 Millimeter, welcher mit Kanälen, die als Sechs-Eck-Waben der Wabenbreite w = 3,2 Millimeter und der Länge L von 10 Millimeter ausgeführt sind, versehen ist. Als Filtermedium werden Aktivkohlekugeln mit dem Durchmesser 1,6 bis 2,0 Millimeter verwendet, d. h. einem Korngrößenbereich, der praktisch verfügbar sein kann. Hieraus ergibt sich ein Verhältnis von d/w zwischen 0,5 und 0,625; bzw. w/d zwischen 2,0 und 1,6. Der Korngrößenbereich wird dabei so gewählt, daß der optimale Bereich für das relative Lückenvolumen V_R auf der Seite seines Maximums genutzt wird, der mit relativ kleinen Partikeldurchmessern erreicht werden kann. In diesem Falle wird der vorteilhafte Durchströmungswiderstand mit der für Adsorptionsvorgänge wichtigen Eigenschaft großer Kornoberfläche verbunden. Die Gaseintrittsseite 5 und die Gasaustrittsseite 6 sind mit einem Vlies mit einer Maschenweite von einem Millimeter abgedeckt. Ein derart hergestelltes Filter besitzt einen besonders geringen Durchströmungswiderstand und hat gute Adsorptionseigenschaften. Es ist besonders vorteilhaft als Geruchs- oder Lüftungsfilter einsetzbar.The following filter structure has been found to be expedient:
The structural body consists of a square blank with the external dimensions 120 × 120 millimeters, which is provided with channels that are designed as hexagonal honeycombs with a honeycomb width of w = 3.2 millimeters and a length L of 10 millimeters. Activated carbon balls with a diameter of 1.6 to 2.0 millimeters are used as the filter medium, ie a particle size range that can be practically available. This results in a ratio of d / w between 0.5 and 0.625; or w / d between 2.0 and 1.6. The grain size range is chosen so that the optimum range for the relative gap volume V _R on the side of its maximum is used, which can be achieved with relatively small particle diameters. In this case, the advantageous flow resistance is combined with the large grain surface property, which is important for adsorption processes. The gas inlet side 5 and the gas outlet side 6 are covered with a fleece with a mesh size of one millimeter. A filter produced in this way has a particularly low flow resistance and has good adsorption properties. It is particularly advantageous to use as an odor or ventilation filter.

Claims (9)

1. Filter zur Reinigung von Atemluft, mit einem ein Filtermedium (3) aufnehmenden Strukturkörper (2), welcher eine Vielzahl von axialen, nebeneinanderliegenden, von der Atemluft durchströmten Kanälen (4) aufweist, die mit dem Filtermedium (3) gefüllt sind, dadurch gekennzeichnet, daß für ein körniges Filtermedium (3) ein Verhältnis von Kanalbreite w zur Partikeldurchmesser d, w/d, zwischen 1,1 und 4 vorliegt und der Partikeldurchmesser d etwa 0,8 bis 2 mm, vorzugsweise 1,6 mm, beträgt.1. Filter for cleaning breathing air, with a filter medium ( 3 ) receiving structural body ( 2 ), which has a plurality of axial, side-by-side, through which breathing air channels ( 4 ) which are filled with the filter medium ( 3 ), thereby characterized in that for a granular filter medium ( 3 ) there is a ratio of channel width w to particle diameter d, w / d of between 1.1 and 4 and the particle diameter d is approximately 0.8 to 2 mm, preferably 1.6 mm. 2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis w/d bevorzugt aus dem Bereich zwischen 1,4 und 1,8 ausgewählt ist.2. Filter according to claim 1, characterized in that the ratio w / d is preferably selected from the range between 1.4 and 1.8. 3. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis w zu d bis zu einem Wert zwischen 3,3 und 4,0 ausgewählt ist.3. Filter according to claim 1, characterized in that the ratio w to d is selected up to a value between 3.3 and 4.0. 4. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge L der Kanäle (4) etwa 6 bis 30 mm, vorzugsweise 10 mm beträgt.4. Filter according to one of claims 1 to 3, characterized in that the length L of the channels ( 4 ) is approximately 6 to 30 mm, preferably 10 mm. 5. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Strukturkörper (2) als eine Scheibe mit einem Durchmesser zwischen etwa 80 und 140 mm ausgeführt ist.5. Filter according to one of claims 1 to 4, characterized in that the structural body ( 2 ) is designed as a disc with a diameter between about 80 and 140 mm. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Strukturkörper (2) als eine rechteckförmige Platte ausgeführt ist.6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the structural body ( 2 ) is designed as a rectangular plate. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (4) zumindest an der Gaseintrittsseite (5) mit einem Partikelfilter (8) abgedeckt sind.7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the channels ( 4 ) are covered at least on the gas inlet side ( 5 ) with a particle filter ( 8 ). 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (4) als 6-Eck-Waben ausgeführt sind. 8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the channels ( 4 ) are designed as hexagonal honeycombs. 9. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 als Geruchsfilter und/oder als Lüftungsfilter für einen Kraftfahrzeug- Innenraum.9. Use of a device according to one of claims 1 to 8 as Odor filter and / or as a ventilation filter for a motor vehicle Inner space.